Характеристики двигателя. - презентация

1 Характеристики двигателя Оценка работы двигателя на переменных режимах осуществляется с помощью характеристик, которые обычно графически выражают зависимость основных показателей двигателя от параметра, характеризующего режим работы двигателя (нагрузка, частота вращения коленчатого вала), или от какого-либо регулировочного параметра (угол опережения зажигания, коэффициент избытка воздуха ит. п.). Характеристики двигателя позволяют судить о возможности его использования для работы с данным потребителем. Специфические условия работы двигателя с различными потребителями определяют различные типы характеристик. Для анализа работы двигателей внутреннего сгорания используются следующие характеристики: скоростная, нагрузочная, регуляторная и регулировочная.

2 Режимы работы автомобильного двигателя определяются условиями движения автотранспортного средства и характеризуются широким диапазоном изменения нагрузки и частоты вращения коленчатого вала. Изменение скоростного режима работы двигателя обеспечивает необходимое изменение скорости движения автомобиля на данной передаче. На каждой скорости движения, при любой частоте вращения коленчатого вала двигателя, его нагрузка может изменяться от нуля до максимального значения.

3 Внешняя скоростная характеристика двигателя Скоростной характеристикой называются зависимости эффективной мощности Ne и эффективного крутящего момента Ме двигателя от угловой скорости коленчатого вала ωe.У двигателя различают два тина скоростных характеристик: внешнюю и частичные. Внешнюю скоростную характеристику получают при полной нагрузке двигателя, т.е. при полной подаче топлива. Частичные - при неполных нагрузках двигателя, или при неполной подаче топлива. Двигатель имеет только одну внешнюю скоростную характеристику и большое число частичных, среди которых и характеристика холостого хода. На частичных скоростных характеристиках значения эффективной мощности и крутящего момента двигателя меньше, чем на внешней скоростной характеристике, но характер их изменения аналогичен. Тягово- скоростные свойства автомобиля определяют при работе двигателя только на внешней скоростной характеристике.

4 Приведенные зависимости имеют следующие характерные точки: Nmax -максимальная, эффективная мощность; ωN - угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности; Mmax - максимальный крутящий момент; ωм - угловая скорость коленчатого вала при максимальном крутящем моменте; Nm - мощность при максимальном крутящем моменте; Mn - крутящий момент при максимальной мощности; ωмin - минимальная устойчивая угловая скорость коленчатого вала при полной подаче топлива; ωмin= рад/с; ωmax максимальная угловая скорость коленчатого вала при полной подаче топлива, соответствующая максимальной скорости автомобиля при движении на высшей передаче; для бензиновых двигателей без ограничителей угловой скорости коленчатого вала ωmax=(1,05 - 1,1) ωN

5 Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя без ограничителя угловой скорости коленчатого вала представлена на рис 1. Такие двигатели применяют главным образом на легковых автомобилях и иногда на автобусах. Из рис 1 видно, что эффективная мощность и эффективный крутящий момент двигателя возрастают с увеличением угловой скорости коленчатого вала, достигают максимальных значений при соответствующих угловых скоростях ωN и ωм, а затем уменьшаются с ростом ωе вследствие ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью и увеличения трения. При этом возрастают динамические нагрузки, что приводит к ускоренному изнашиванию деталей двигателя. В условиях эксплуатации двигатель работает главным образом в интервале угловых скоростей от ωм до ωN. Рис 1

6 Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя с ограничителем угловой скорости коленчатого вала Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя с ограничителем угловой скорости коленчатого вала показана на рис. 2. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя с ограничителем угловой скорости коленчатого вала. Ограничитель угловой скорости автоматически уменьшает подачу смеси в цилиндры двигателя и снижает угловую скорость коленчатого вала с целью повышения долговечности двигателя. Ограничитель вступает в действие на той части внешней скоростной характеристики, на которой мощность двигателя почти не возрастает с увеличением угловой скорости коленчатого вала. Включение ограничителя соответствует максимальной угловой скорости ωmax=( ) ωN. Максимальной эффективной мощностью в этом случае является наибольшая мощность, которую может развить двигатель при отсутствии ограничителя, т.е. Nmax, соответствующая угловой скорости коленчатого вала. Рис 2

7 Аэродинамика Аэродинамика раздел аэромеханики, в котором изучаются законы движения воздуха и других газов и их силовое взаимодействие с движущимися твердыми телами. В соответствии с этим аэродинамика автомобиля изучает явления, происходящие в результате взаимодействия автомобиля с воздушной средой. В практике проектирования автомобилей все чаще возникают проблемы улучшения их формы с целью уменьшения затрат мощности двигателей на преодоление сопротивления воздуха, снижения расхода топлива и повышения аэродинамической устойчивости. Серьезного внимания требует вопрос улучшения состояния воздушной среды внутри автомобиля. Успешное решение этих проблем возможно при использовании результатов многочисленных исследований в области аэродинамики автомобиля. Опубликованные работы дают материал для проектирования автомобилей с учетом их аэродинамических качеств и решения связанных с этим вопросов, устойчивость, вентиляция пассажирских помещений, кабин и подкапотного пространства.

8 Автомобильная аэродинамика решает множество задач. Специалисты должны не только добиться минимального сопротивления воздуха, но и отследить распределение по осям подъемной силы, ведь нынешние автомобили достигают тех скоростей, на которых самолеты уже отрываются от земли. Необходимо предусмотреть и доступ воздуха для охлаждения двигателя и тормозных дисков, продумать вентиляцию салона, расположив в нужных местах отверстия для забора и вытяжки воздуха. Аэродинамика определяет уровень шумов в салоне, заботится о том, чтобы захватывающие грязь воздушные потоки не попадали на стекла, зеркала, фонари и ручки дверей. С ростом скорости не должно меняться и качество очистки лобового стекла. Круг задач необычайно широк, а решение одной проблемы тесно связано с другой, необходимость делать воздухозаборники для охлаждения тормозов или борьба с подъемной силой ведет к увеличению лобового сопротивления. И разобраться в этой головоломке, найти оптимум под силу лишь настоящим мастерам.

9 Сопротивление поверхностного трения так же вносит свой вклад в сопротивление. Наличие трения между воздухом и кузовом может показаться странным, но оно действительно имеет место: прилегающий к поверхности слой воздуха сталкивается с микронеровностями покрытия и тормозиться. Пока это течение находится в ламинарном состоянии, то есть все его частицы движутся в одном направлении, толщина пограничного слоя невелика и сопротивление трения небольшое. Но с переходом в турбулентное состояние, когда поток «спотыкается» о более крупное препятствие, и траектории его частиц становятся хаотичными, пограничный слой расширяется, а вместе с ним увеличивается и трение – воздух словно становится более вязким. От разработчиков в данном случае требуется обеспечение гладкости кузова, дабы пограничный слой дольше оставался ламинарным. А для этого нужно уменьшать зазоры или закрывать уплотнителями щели между деталями. Помогает и придание поверхностям небольшой кривизны – прилегающий поток ускоряется, давление в нем падает, и траектории частиц упорядочиваются.

10 Аэродинамика в гоночных болидах Специалист по аэродинамике, придав гоночному болиду определенную форму, может заставить воздушные потоки обтекать болид именно так, а не иначе. Наряду с двигателем и резиной, одну из самых важных ролей в производительности болида играет аэродинамика. Зачастую именно удачный аэродинамический пакет болида решает исход гонки. Сила, затрачиваемая на то, чтобы раздвинуть молекулы воздуха при движении, создает компонент аэродинамического торможения так называемое лобовое сопротивление. В аэродинамике размеры очень важны. От величины фронтальной поверхности болида зависит испытываемое им лобовое сопротивление. Чем меньше эта поверхность, тем меньше молекул болиду придется расталкивать при движении, тем меньше лобовое сопротивление меньше энергии двигатель машины расходует на расталкивание молекул воздуха, тем больше ее остается для разгона болида по трассе, и соответственно, тем быстрее будет двигаться болид при той же мощности двигателя.

11 Чем больше аэродинамическое торможение, тем усерднее должен работать двигатель болида для того, чтобы машина двигалась на определенной скорости. Мощность моторов, тем не менее, постоянно растет, и высокой скорости движения можно достичь даже при сильном аэродинамическом торможении. Поэтому цель конструкторов болидов прежде всего в том, чтобы достичь максимальной прижимной силы, а потом уже разбираться с аэродинамическим торможением. Специалистам по аэродинамике просто катастрофически не хватает прижимной силы. Чем большее усилие им удается извлечь из воздуха, тем сильнее будет сцепление покрышек с поверхностью трека. Антикрыло - это приспособление, предназначенное для увеличения силы сцепления автомобиля с дорожным покрытием. Созданная антикрылом добавочная прижимная сила увеличивает предельную силу трения между ведущими колесами и покрытием и позволяет автомобилю переносить большие ускорения без срыва в занос.

12 Устойчивость автомобиля в продольной и поперечной плоскости. Устойчивость – это совокупность свойств, определяющих критические параметры по устойчивости движения и положения автомобильного транспортного средства или его звеньев. Признаком потери устойчивости является скольжение или его опрокидывание. В зависимости от направления скольжения или опрокидывания автомобиля различают поперечную и продольную устойчивость. Во время движения автомобиль имеет инерцию, а в момент начала поворота, помимо центробежной силы возникает дополнительная поперечная сила (составляющая сила инерции), направленная в том же направлении, что и центробежная сила. При очень большой скорости движения и резком повороте (поперечная составляющая сила инерции и центробежная) суммарная сила может привести даже к опрокидыванию автомобиля.

13 Устойчивость автомобиля в продольной плоскости. Опрокидывание в продольной плоскости относительно за дней оси происходит в момент, когда сила давления передних колес на дорогу уменьшается до нуля. Практически до начала опрокидывания наступает буксование колес на подъеме, автомобиль сползает назад вследствие недостаточного сцепления колес с дорогой. Возможно переворачивание автомобиля вперед при резком торможении на крутом спуске, если автомобиль имеет короткую базу и высоко расположенный центр тяжести. В данном примере возникшая сила инерции складываясь с горизонтальной составляющей силы веса, дает результирующую силу, которая выходит за пределы опорной площади передней оси автомобиля.

14 Устойчивость автомобиля в поперечной плоскости. При движении автомобиля по дороге, имеющей поперечный уклон, возникает боковая сила, равная поперечной составляющей от веса автомобиля. Эта сила может вызвать опрокидывание автомобиля или его скольжение вбок. Устойчивость автомобиля к опрокидыванию в этом случае зависит от колеи автомобиля высоты расположения центра тяжести и угла поперечного наклона дороги. Опрокидывание автомобиля в поперечной плоскости, т. е. вбок, может произойти под действием центробежной силы на повороте, при резком повороте рулевого колеса на большой скорости, сильном боковом наклоне и вследствие неправильного закрепления груза в кузове.

15 Скорость поршня. Что касается четырехтактных двигателей, выбор соотношения между ходом поршня и диаметром цилиндра действительно очень важен для определения характеристик отбора мощности. Если ход поршня меньше диаметра цилиндра, соотношение меньше 1, получаем двигатель с коротким ходом. Если ход поршня и диаметра цилиндра равны, соотношение равно 1. Если ход поршня больше диаметра цилиндра, соотношение больше 1, получаем двигатель с длинным ходом. При одинаковом объеме двигателя и аналогичных значениях важных параметров наблюдается следующая тенденция: как правило, двигатели с длинным ходом поршня, по сравнению с двигателями с коротким ходом, имеют больший крутящий момент и лучшую тягу, но меньшие обороты и максимальную мощность. Кроме того, благодаря меньшей камере, они, похоже, имеют улучшенное сгорание и меньшее выделение несгоревших газов.

16 Угол схождении управляющих колес Во время движения автомобиля очень важно, чтобы управляемые колеса не поворачивались произвольно и водителю не нужно было бы затрачивать усилия для удержания колес при движении прямо. Для улучшения устойчивости автомобиля при его движении и облегчения управляемости конструктивно предусматриваются углы установки управляемых колес. Угол развала обеспечивает перпендикулярное расположение колес по отношению к поверхности дороги при движении автомобиля, а также передачу сил реакции дороги на внутренний подшипник, что разгружает наружный подшипник колеса меньшего размера, а значит, уменьшает толчки, передаваемые на рулевой механизм. Неправильная установка углов развала колес может являться следствием: повышенного износа протектора шины. Если угол развала имеет отклонение в положительную сторону, то износ отмечается на внешней стороне протектора, если в отрицательную, изнашивается внутренняя сторона ухудшения управляемости автомобиля.

17 Шариковый подшипник Подшипник сборочный узел, являющийся частью опоры или упора и поддерживающий вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью. Фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качение или линейное перемещение с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции. Подшипники качения состоят из двух колец, тел качения (различной формы) и сепаратора, отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца выполняют желоба - дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.

18 Поршень Поршень - деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно-поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения давления газа, пара или жидкости в механическую работу,возвратно-поступательного движения в изменение давления. В поршневом механизме, в отличие от плунжерного, уплотнение располагается на цилиндрической поверхности поршня, обычно в виде одного или нескольких поршневых колец. Поршень подразделяется на три части, выполняющие различные функции 1. днище 2. уплотняющая часть 3. направляющая часть Для передачи усилия от поршня может использоваться шток, либо кривошип, который соединяется с поршнем с помощью пальца. Другие способы передачи усилия используются реже.

19 Свеча зажигания Свеча зажигания устройство для воспламенения топливо-воздушной смеси в самых разнообразных тепловых двигателях. Бывают искровые, дуговые, накаливания, каталитические. В двигателях внутреннего сгорания используются искровые свечи. Поджог горючей смеси производится электрическим разрядом напряжением в несколько тысяч или десятков тысяч вольт, возникающим между электродами свечи. Свеча срабатывает на каждом цикле, в определённый момент работы двигателя.

20 Свет фар Фара (от греческого «Фарос») источник направленного света, установленный спереди на транспортном средстве, предназначенный для освещения окружающей местности, дороги. Количество фар может колебаться от одной (мотоцикл, мопед, велосипед), до нескольких десятков (крупный авиалайнер). Её мощность может колебаться от единиц ватт до нескольких киловатт. Для того, чтобы зеркало фар отражало лучи параллельным пучком, зеркалу нужно придать форму параболоида вращения, внутри которого в определенной точке ( в фокусе) находится лампочка.

21 Ксеноновый свет обеспечивают лучшую видимость для водителя. Световой поток ксеноновых ламп в 2,8 раза мощнее (достигает 3200Лм) галогенных ламп и ксенон дает в 2,5 раза более дальнее освещения. Геометрия освещенного участка дороги также улучшается, поскольку пучок света фары, оснащенной ксеноновой лампой, шире. Ресурс ксеноновых ламп в 45 раз превышает ресурс обыкновенных ламп. Срок службы галогенные лампочки равен четыремстам часам, а ксеноновая лампа прослужит вам более трех тысяч часов. Потребляемая мощность ксеноновых ламп в 1,5 раз меньше галогенных ламп. Маленькое энергопотребление ксеноновых ламп, в свою очередь, уменьшает нагрузку на генератор. Галогенная лампочка Ксеноновая лампочка

22 Параболоид вращения - это поверхность, которая образуется при вращении параболы вокруг ее оси.Отражающая поверхность световозвращателей сделана из множества прямоугольных пирамидок, попавший на них свет от внешнего источника отражается точно в обратном направлении, то есть в сторону того же источника. Благодаря этому в свете фар своего автомобиля можно заметить на дороге или обочине машину с выключенными ри вращении параболы вокруг ее оси